Övergången till programvarudefinierade fordon (SDV:er) ligger bakom en dramatisk omvandling i hur bilar designas, inklusive deras hårdvaruintegration och livscykel. Genom att använda programvara i stället för hårdvara för nyckelfunktioner kan biltillverkare introducera och justera funktioner snabbare och billigare. Denna förändring förväntas öka värdet på marknaden för fordonsprogramvara från nuvarande 29 miljarder dollar årligen med 15 % varje år fram till 2030. Det säger något om SDVernas framtid.
Som konstaterades i ingressen spelar också datachips, SOCs, en väsentlig roll i sammanhanget och Siemens PAVE360-plattform är ett brett och bra verktyg. Det är möjligt att arbeta med SoC:er från pre-kisel till det färdiga chipstadiet med hjälp av plattformen. PAVE360 är i detta en omfattande digital tvillinglösning som stöder hela SoC-utvecklingslivscykeln, från design och validering i tidigt skede till integration efter kisel och testning på systemnivå.
En viktig aspekt handlar om de tidiga utvecklingsskedena, som är en tungt bidragande faktor till ”shift left-effekten och en allt snabbare väg mot färdiga lösningar: Programvaruutveckling och validering före kisel. PAVE360 är specifikt utformad för att möjliggöra att programvaruutveckling och funktionell validering påbörjas långt innan fysisk kiselhårdvara är tillgänglig. Den använder virtuella modeller av SoC:er och andra komponenter för att skapa en fullständig digital tvilling på systemnivå.
En transformation som får komplexiteten att explodera
Med övergången kommer också en ny slags komplexitet i fordonsdesignen jämfört med den traditionella. Bland effekterna finns långtgående krav på hård- och mjukvaruintegration och en djupgående, kontinuerlig förståelse för hur systemförändringar påverkar andra funktioner i fordonet. Dessutom innebär det en betydande grad av osäkerhet och därmed följande uppskattningar kring hur framtida modifieringar kommer att påverka designen.
Idén om framtidens SDV för med sig att alla domäner är mycket mer beroende av varandra än de har varit tidigare. Det betyder att till exempel förändringar man gör inom en domän kan få konsekvenser i en annan. Komplicerande multiplikatorer inom denna domän kan vara:
• Fysisk komplexitet – med områden som avancerade noder, 3DIC, etc,
• Applikationskomplexitet – antalet applikationer utvecklas explosivt och ”tar med sig” mer funktionalitet, fler processorer, AI, etc,
• Systemkomplexitet – som sprider sig över och involverar flera domäner, kontroller, etc.
En central roll i scenariot spelas av kisel och datachip, som genomgår en process av kontinuerlig miniatyrisering, parallellt med att de ska ”kunna” mer och mer. Den systemiska komplexiteten hos framtida produkter, inte minst i perspektivet av AI-drivna arbetsbelastningar i tex drönare eller fordon kräver i detta en omprövning av hur ingenjörskonsten effektivt ska kunna sammanföra flera domäner när man skapar systemarkitekturer. På sista raden begränsar komplexiteten vad många av de befintliga designverktygen och metoderna kan göra, vilket understryker varför ett kraftfullt verktyg som Siemens PAVE360 är av stor vikt för att effektivisera produktutvecklings processerna. Vi talar kort sagt om en digital tvilling-virtualisering av ingenjörskonsten på systemnivå.
Så, vilka är de stora trenderna i detta? En tung faktor som för med sig disruptiv förändring är AI. Detta gäller egentligen alla branscher, inklusive SDV-området. Vilken roll kommer chipen att spela och hur anpassar man dessa för att skapa effektivitet för specifika arbetsbelastningar, för specifika marknader? Att snabba på tiden från idé till tape-out är en återspegling av behovet av att förbättra designcyklerna som traditionellt sett omfattat cirka 2-3 år. Ytterligare en snabbare utveckling behövs när man väl har satt in chipen i systemen. Är programvaran redo? Har den designats innan ”kiselbiten är tillgänglig”? Det är där hela den digitala tvillingvirtualiseringen etc. behövs för att förkorta tiden från från kisel till system till slutprodukt och marknad.
”Påskyndar implementeringen av avancerade lösningar”
Idag förändrar automotiveutvecklarna både metodik och sina digitala verktygsuppsättningar.
De här bitarna är också avgörande inslag i skälen till att SAICEC, en ledande leverantör av chip- och systemdesigntjänster för den asiatiska fordonsindustrin, har börjat bygga komplexa digitala tvillingar av fordonsarkitekturer baserade på Siemens PAVE360-programvara, vilket underlättar omfattande verifiering av fordonskomponenter från systemnivå till chipnivå.
SAICEC-chefen, CEO David He, hävdar att den satsning man nu gör på PAVE360-sviten kommer att påskynda implementeringen av avancerade lösningar som hjälper till att övervinna utmaningarna med utveckling av mjukvarudefinierade fordon. Det stöder också, menar han, OEM-företag i att identifiera nästa generations chiptekniker och utveckla kritiska system i den skala och hastighet som mobilitetsindustrin kräver.
”Vårt samarbete med Siemens sammanför simuleringsteknik i världsklass och Kinas snabbt växande ekosystem för integrerade kretsar (IC) inom fordonsindustrin”, säger David He, och han tillägger: ”Med Siemens PAVE360 system-till-chip digitala tvillingfunktioner kan vi förkorta utvecklingscyklerna, förbättra funktionell säkerhet och stärka grunden för intelligent mobilitetsdesign.”
”Shift Left” i utvecklingskedjan den främsta fördelen med digitala tvillingar
Uppenbart är att Siemens ”omfattande digitala tvillingkoncept” kan spela en tung roll på SDV-utvecklingsresan. Men hur är det hela principiellt uppbyggt för att stödja utvecklingen av SDV:er? Vilka är vinsterna? Och hur förändras arbetsflödena?
I huvudsak fungerar digitala tvillingar som en robust, datadriven brygga mellan den fysiska och digitala världen, vilket möjliggör snabbare, säkrare och effektivare utveckling av den sofistikerade elektronik som driver moderna fordon.
Den främsta fördelen är att programvaruutveckling och integration kan börja mycket tidigare – ”shift left” i utvecklingskedjan brukar man tala om – i designcykeln med hjälp av virtuella prototyper av SoC:en redan på pre-kiselnivå, snarare än att vänta på fysisk hårdvarutillgänglighet.
Genom att skapa en digital tvilling kan ingenjörer få till en exakt virtuell replika av SoC:en och de elektroniska system den styr – t ex ADAS- eller infotainment-system.
Siemens upplägg av konceptet, ”den omfattande digitala tvillingen”, har från start gått ut på att man med denna virtuella modell i nästa steg kan genomföra omfattande tester och valideringar under en mängd olika simulerade förhållanden. Här kan man tänka sig att testa scenarier som skulle vara kostsamma eller farliga att replikera fysiskt, som extremt väder eller sällsynta felförhållanden.
För komplexa system, som de som driver autonom körning (ADAS), kan digitala tvillingar stödja halvledarföretag och OEM-tillverkare i samarbete och utforskning av olika arkitekturval tidigt i utvecklingen för att säkerställa att prestandakraven uppfylls.
Underlättar sömlös integration och validering
Som noterats ovan underlättar den digitala tvillingar sömlös integration och validering av hårdvaru- och mjukvarukomponenter, vilket f ö också gäller i hela leveranskedjan. En leverantörs digitala tvilling av ett chip kan integreras i en OEM:s digitala tvilling av ett helt fordons elsystem, vilket säkerställer kompatibilitet och funktionalitet innan några fysiska delar tillverkas. Det ställer naturligtvis krav på en djupgående integration av mjukvaruplattformen som används, i detta fall PAVE360. Lösningen är också en integrerad del av den bredare Xcelerator-portföljen. Detta möjliggör också validering av komplexa ”system-av-system”-interaktioner (t ex ADAS, IVI, sensorer, ställdon) i en enda, integrerad miljö, vilket hjälper till att identifiera och förhindra kostsamma systemintegrations-fel, som vanligtvis uppstår senare i utvecklingscykeln.
Men vinsterna tar inte slut där. När de fysiska fordonen väl är ute på vägarna matas sensordata från SoC:erna kontinuerligt tillbaka till deras digitala tvillingar. Detta skapar en realtidsåterkopplings-slinga som kan användas för att övervaka prestanda, förutsäga potentiella fel eller underhållsbehov och informera framtida designförbättringar eller OTA-programuppdateringar (over-the-air).
SiliconAuto bygger en framtidssäkrad virtuell utvecklingsmiljö
Lyssna på en av PAVE360-användarnas, SiliconAuto, erfarenheter i samband med sin satsning på lösningen – bolagets Shawn Tien är VP för försäljning och marketing:
”Vårt engagemang för att driva innovation inom bilindustrin exemplifieras av samarbetet med Siemens. Genom att utnyttja PAVE360 accelererar vi inte bara utvecklingen utan banar också väg för framtidssäkra fordon som uppfyller de högsta standarderna för säkerhet och prestanda.”
SiliconAuto är ett joint venture mellan Stellantis och Hon Hai Technology Group och är dedikerat till att designa och sälja en familj av toppmoderna halvledare till bilindustrin.
Shawn Tien konstaterade vidare att bolagets mål är att tillhandahålla en virtuell referensutvecklingsmiljö för ett ADAS-System-on-a-Chip (SoC). Med PAVE360 blev det möjligt för företaget att bygga en multiklientbaserad, multifidelity, virtuell utvecklingsmiljö för fordonsstandarder som blandar befintliga verktyg och modeller med nya virtuella SoC:er och verkliga indata för att få tidig insikt, möjliggöra tidig mjukvaruutveckling och tillhandahålla viktiga mätvärden för beslutskriterier.
Verifiering på systemnivå en nyckelfaktor
Summa summarum baseras nästa generations fordonsdesign på ett intrikat, komplicerat nätverk av interaktioner på systemnivå som behöver kopplingar mellan flera sensorer, ställdon, processorer, elektroniska styrenheter (ECU), nätverk och körscenarier. Valideringen i detta sammanhang av system-av-system kommer dessutom utöver validering av system-på-chip (SoC), ECU och system. Det hela blir lätt synnerligen komplext och det stöd som en integrerad lösning som PAVE360 kan erbjuda blir mycket värdefullt. Hur ser integrationen ut?
PAVE360 är en central del av Siemens Xcelerator-portföljen och är utformad för att vara fullt integrerad med de digitala verktygen för el/elektronik (E/E), mekanik och mjukvaruhantering. PAVE360-plattformen fungerar i detta som en heltäckande miljö för digitala tvillingar, vilket möjliggör sömlös anslutning av olika domäner, protokoll, system och verktyg från både Siemens och deras partners. Några exempel är:
* E/E och mjukvara: PAVE360 utnyttjar mjukvara från Siemens EDA-verksamhet (tidigare Mentor Graphics), såsom Questa för simulering och Veloce för emulering. Detta möjliggör utveckling och validering av kiselkomponenter (IC), programvara och elektroniska styrsystem (ECU) innan hårdvaran är tillgänglig, vilket kallas ”shift-left”-metoden.
* Mekanik och system: Plattformen integreras med Simcenter-verktyg, såsom Simcenter Prescan för sensorsimulering och AMEsim för mekatronisk simulering, för att modellera hela fordonssubsystem och miljöer.
SDV-program ökar i komplexitet i takt med att konsumenternas förväntningar på integrerad teknik också fortsätter att öka.
Dagens team för hårdvara och mjukvara inom fordonsindustrin arbetar ofta i silos över olika miljöer, med begränsad tillgång till en systemnivå-vy tills den slutliga hårdvaran är tillgänglig. Denna brist på validering i tidigt skede leder till kostsamma omkonstruktioner när den slutliga hårdvaran inte klarar certifieringstester. Verifiering på systemnivå innan hårdvaran blir tillgänglig är därför en av de avgörande faktorerna för framgång och kortare time-to-market.
